Plaatina uus kuju võimaldab odavamaid küttekehasid
“See on suur edusamm,” sõnas Anders Nilsson, teadlane Stanfordi saterjali- ja energiateaduste instituudis. "Kütuseelemendid leiutati üle saja aasta tagasi. Siiski pole nad jõudnud laialdaselt kasutatavate tehnoloogiateni, seda osalt plaatinaga seotud probleemide tõttu."
Kütuseelemendid on puhta energia suureks lootuseks, sest ainsaks kõrvalproduktiks on vesi. Praegused kütuseelemendid vajavad aga üle saja grammi plaatina, mis viib nende hinna kümnete tuhandete kroonideni. Muutes plaatina reageerimisvõimet suutsid teadlased vähendada vajaminevat plaatina kogust 80 protsendi võrra ning lähiajal on neil kavas seda veel kümne protsendi võrra vähendada. Selle tulemusel väheneks kütuseelementide hind oluliselt.
Kütuseelemendid töötavad nii mitmelgi moel sarnaselt patareidega. Anoodist tulevad elektronid ning katood püüab need vooluringi teises otsas kinni. Kuid erinevalt patareidest kasutavad kütuseelemendid energiatootmisreaktsioonide saamiseks vesinikku ja hapnikku. Kui hapnik siseneb metallist katoodi lõhustatakse see üksikuteks aatomiteks, misjärel see moodustab vee ning vesiniku.
Katoodi valmistamise metalli valik on erakordselt oluline, sest kui mõned metallid pole suutelised hapnikku lõhustama, siis teised kipuvad liigselt hapnikuaatomitega ühenduma, mistõttu jõuab neid peareaktsioonini vähem. Teadlased üritavad leida nn tasakaalupunkti, kus hapnikusidemete lõhustamise arv on maksimaalne ning hapniku aatomid sidestuvad katalüsaatoriga vähimal määral. Tasakaal saavutatigi plaatinat kasutades, mis on piisavalt tugev lõhustamaks hapniku aatomeid, kuid ei sidestu nendega liialt. Kahjuks maksab see just nii palju, et plaatinast elektroodidega kütuseelemendid on lubamatult kallid.
2005. aastal hakkas Houstoni ülikooli teadlane Peter Strasser otsima võimalusi plaatina probleemi lahendamiseks, eesmärgiga muuta plaatina paremini reageerivamaks. Selleks kasutasid Strasser ja kollegid sulamist teatud komponentide eemaldamise meetodit. Esmalt kombineerisid nad plaatinat vasega, saades vask-plaatina sulami. Seejärel eemaldati vask sulami pinnakihilt. Uurides nii saadud vask-plaatina sulami katalüsaatori sidestuvust, avastati, et see on palju reageerivam kui muidu.
Saamaks teada selle põhjust, asetasid Strasser, Nilsson ning kolleegid Mike Toney ja Hirohito Ogasawara näidised Stanfordi sünkrotonradiatsiooniallika (SSRL) erakordselt ereda röntgenkiire alla. Uurides pinnalt hajunud röntgenkiiri oli võimalik koostada detailne kujutis metalli sisemisest struktuurist, millest selgus, et suurenenud reageerivuse põhjuseks oli võrepinge — nähtus, kus plaatina aatomite asetus on nihkes. Plaatina pinnaaatomeid kokku surudes sidestuvad plaatina aatomid veidi vähem hapniku aatomitega ning on seetõttu sammuke lähemal sellele tasakaalupunktile molekulide dissotsiatsiooni ning katalüütilise sidustumise vahel.
"Kaugus kahe naaberaatomi vahel mõjutab nende elektroonilist struktuuri,” selgitas Strasser. "Muutes aatomitevahelisi kaugusi on võimalik manipuleerida tekkivate sidemete arvu.”
Järgnevalt tahavad teadlased kasutada SSRL kiiri, et saada parem ülevaade hapniku ja plaatina vahelistest reaktsioonidest ning teha kindlaks mida on võimalik teha protsessi veelgi efektiivsemaks muutmiseks. Ülim eesmärk on luua potentsiaalne asendus mitte ainult bensiinimootoritele vaid ka väikeelektroonikaseadmetes leiduvatele patareidele.
